熒光色粉變色怎麼解決
智慧多色熒光高分子水凝膠是一類發光顏色可調的高分子軟材料，其三維交聯網路中包含大量水分子的獨特結構特點，使得其往往可兼具經典熒光高分子水溶液和固態本體材料兩者共同的效能優勢，在感測檢測、資訊防偽、仿生驅動、軟體機器人等領域擁有巨大應用前景，是先進發光高分子材料領域的重要發展方向之一。
近年來，中國科學院寧波材料技術與工程研究所智慧高分子材料課題組陳濤研究員與路偉研究員一直致力於智慧熒光高分子水凝膠的構建及其仿生驅動、感測檢測等應用研究，先後發展了一系列具有智慧可調熒光顏色/強度的高分子水凝膠新材料（
Aggregate, 2021, 1, e37; Adv. Intell. Syst. 2021, 2000239; Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 8608; Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 16243; ACS Macro Lett. 2019, 8, 937; Adv. Funct. Mater., 2019, 29, 1905514; Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1704568; ACS Sensors, 2018, 3, 2394; ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 23884
）。然而，與自然界中能夠呈現豐富多彩面板顏色變化的變色龍等生物相比，科研團隊製備的多色熒光高分子水凝膠在外界刺激下的發光顏色變化範圍仍較窄，尤其是仍難以利用單一水凝膠實現刺激響應的紅色、綠色和藍色熒光相互轉變。
經過細緻的對比研究發現，真實的變色龍面板和已報道的多色熒光高分子水凝膠具有不同的結構，例如，人工合成的多色熒光水凝膠多是將兩種或多種熒光團同時引入單一的各向同性交聯網路中製備的，而近期的一個生物學研究（
M. C. Milinkovitch, et al. Nat. Commun. 2015, 6, 6368
）表明，豹紋變色龍的面板中含有兩層緻密排列的虹色細胞（類似於核殼結構，如圖1b所示），這種細胞不僅含有色素，還含有很多光子晶體，變色龍就是透過肌肉運動來控制不同細胞層中的晶體排列結構來呈現豐富多彩的結構色變化。這一材料結構的顯著差異促使科研團隊思考：是否可以在高分子水凝膠中構建類似的多層核殼結構，使得不同響應性的熒光團分別分佈在不同水凝膠層中，從而可以像變色龍面板一樣呈現智慧響應的紅、綠、藍、紫等多種發光顏色相互轉變？
為了驗證這一設想，科研團隊提出了一種離子擴散誘導介面聚合的材料構築方法，成功地將紅色稀土銪配合物（R）、聚集誘導發光型（AIE）藍色萘醯亞胺（B）和pH響應性綠色苝四甲酸（G）等三種熒光團分別引入核殼結構高分子水凝膠的核層、第一殼層和第二殼層，其中AIE型萘醯亞胺因被共價接枝到溫敏性聚N-異丙基丙烯醯胺（PNIPAM）高分子鏈上而具有溫致藍色熒光顯著增強性質。得益於這一獨特的仿生多層核殼結構設計，三色熒光團的空間距離較遠而不會發生複雜的光物理相互作用（如能量轉移、複合物/締合物發光等），水凝膠第一殼層和第二殼層的藍色和綠色熒光強度可以分別利用溫度和pH刺激進行獨立且連續的調控，從而成功實現智慧響應的紅、綠、藍、紫等多種發光顏色相互轉變。這一研究工作初步證明了利用仿生多層核殼結構來製備智慧多色熒光高分子水凝膠的可行性，有望在海鮮新鮮度檢測、資訊防偽加密、柔性變色面板等應用領域發揮重要作用。該工作近期以“A panther chameleon skin-inspired core@shell supramolecular hydrogel with spatially organized multi-luminogens enables programmable color change”為題發表在
Cell Press
旗下的
Cell Reports Physical Science 2021, 2, 100417
上。該工作發表後得到多個科學媒體的報道，如The Academic Times（https：//academictimes。com/chameleons-inspired-this-colorful-hydrogel-that-detects-if-seafood-has-spoiled/）等。
這項工作得到了國家自然科學基金（21774138、51773215）、中科院青促會（2019297）、中德合作國際交流專案（M-0424）、中科院前沿科學重點研究專案（QYZDB-SSW-SLH036）和廣東省分子聚集發光重點實驗室開放基金（2019B030301003）等專案的支援。
圖1 變色龍面板啟發的仿生核殼結構熒光高分子水凝膠的結構及其智慧多色熒光調控示意圖